ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ГАЗА И ФИЛЬТРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2020 года по МПК B01D46/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к фильтрующему элементу, в частности, для фильтрации газа, например, для воздушного фильтра, согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения, и, кроме того, к фильтрующему устройству с таким фильтрующим элементом. Подобные воздушные фильтры применяются, например, для фильтрации всасываемого воздуха двигателя внутреннего сгорания в транспортных средствах.

Уровень техники

В патентном документе WO 01/02079 A1 описан фильтрующий элемент для фильтрации воздуха в двигателях внутреннего сгорания, который имеет блок фильтрующей среды в виде полого цилиндра с размещенным внутри несущим каркасом, а также две торцевых концевых шайбы. Цельно с торцевой шайбой сформирована выступающая огибающая манжета, которая в собранном состоянии корпусной детали охватывается корпусом фильтра, и на его находящейся радиально внутри стороне радиально прилегает к соответствующей стенке корпусной детали.

В известном из патентного документа DE 10 2008 027 279 A1 воздушном фильтре также неразъемно с торцевой шайбой выполнен проходящий по периметру уплотняющий элемент, который аксиально выступает над торцевой шайбой. В уплотняющем элементе выполнен кольцевой паз, с которым для стабилизации входит в зацепление выступ на донной части корпусной детали.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача создания простыми конструктивными средствами фильтрующего элемента, блок фильтрующей среды которого охватывает находящуюся внутри проточную камеру, а также фильтрующего устройства, таким образом, что сторона поступления неочищенного потока и сторона выхода очищенного потока являются разделенными непроницаемо для потоков на протяжении длительного времени.

Эта задача согласно изобретению решается посредством фильтрующего элемента с признаками пункта 1 формулы изобретения, и, соответственно, фильтрующего устройства согласно пункту 10 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения приводят целесообразные дополнительные варианты исполнения.

Соответствующий изобретению фильтрующий элемент предпочтительно используется для фильтрации газа, например, в качестве воздушного фильтра для фильтрации поступающего в двигатель внутреннего сгорания воздуха для горения. Фильтрующий элемент имеет блок фильтрующей среды, который, по меньшей мере частично, окружает находящуюся внутри проточную камеру. Блок фильтрующей среды выполнен в виде пустотелого элемента, например, в виде полого цилиндра или с конической формой, с круглым или овальным поперечным сечением, так, что находящаяся внутри проточная камера в радиальном направлении - относительно продольной оси фильтрующего элемента - охватывается по периметру блоком фильтрующей среды. Блок фильтрующей среды на своей внутренней стороне снабжен выполненным в виде трубчатой средней части несущим каркасом, который придает блоку фильтрующей среды повышенную стабильность. Блок фильтрующей среды состоит из фильтрующего материала, который, например, сформирован в виде складчатого фильтра с многочисленными фильтрующими складками. Протекание потока через фильтрующий элемент происходит, относительно продольной оси фильтрующего элемента, в радиальном направлении, преимущественно радиально снаружи внутрь, так что находящаяся снаружи сторона блока фильтрующей среды образует сторону поступления неочищенного потока, и находящаяся внутри проточная камера сообщается со стороной выхода очищенного потока из блока фильтрующей среды. Отведение при этом протекании потока через фильтрующий элемент производится аксиально из находящейся внутри проточной камеры.

По меньшей мере на одной торцевой стороне, предпочтительно на обеих противолежащих торцевых сторонах, на блоке фильтрующей среды размещается торцевая шайба. По меньшей мере одна из торцевых шайб предпочтительно выполнена кольцеобразной и имеет центральное отверстие, через которое текучая среда выводится из находящейся внутри проточной камеры или поступает в проточную камеру.

На одной торцевой стороне блока фильтрующей среды размещается аксиально выступающая, окружающая по периметру уплотнительная кольцевая губка, которая служит для уплотнения относительно корпусной детали, которая представляет собой часть содержащего фильтр корпуса, в который может быть вставлен фильтрующий элемент. В отношении корпусной детали речь идет, например, об основном кожухе корпуса или о соединительном патрубке, которым может быть присоединен основной кожух корпуса. Например, соединительный патрубок прочно монтируется на транспортном средстве. Основной кожух корпуса может быть соединен с соединительным патрубком с возможностью разборки, и также выполнен вместе с закрывающей корпус фильтра крышкой, или может закрываться крышкой.

На торцевой стороне блока фильтрующей среды размещено, на радиальной дистанции от уплотнительной кольцевой губки, охватывающее опорное кольцо. Опорное кольцо в радиальном направлении опирается на несущий каркас. Эта конфигурация имеет то преимущество, что в собранном состоянии опорное кольцо может воспринимать радиальные силы реакции опоры, которые создаются корпусной деталью и передаются на несущий каркас. Уплотнительная кольцевая губка не должна подвергаться воздействию сил реакции опоры в радиальном направлении, но должна воспринимать только уплотняющие силы, которые возникают в контакте с корпусной деталью. Тем самым уплотнительная кольцевая губка освобождается от поддерживающих радиальных нагрузок, так что не возникает также деформация рабочей кромки уплотнения, которая могла бы приводить к нарушению герметичности.

Опорное кольцо целесообразно состоит из более жесткого материала, чем уплотнительная кольцевая губка, в частности, опорное кольцо имеет значительно меньшую эластичность, чем уплотнительная кольцевая губка. Благодаря этому опорное кольцо в состоянии воспринимать силы реакции опоры в радиальном направлении без значительной деформации.

Опорное кольцо согласно изобретению выполнено цельно с несущим каркасом на внутренней стороне блока фильтрующей среды. Благодаря соединению с несущим каркасом, воздействующие от корпусной детали на опорное кольцо силы передаются на несущий каркас. Опорное кольцо и несущий каркас благоприятным образом выполнены в виде деталей из синтетического материала, и при необходимости могут быть изготовлены способом литья под давлением синтетического материала.

В альтернативном варианте исполнения опорное кольцо и несущий каркас представляют собой отдельные детали, которые выполнены не в виде цельной детали, причем опорное кольцо предпочтительно соединяется с несущим каркасом так, что силы, в особенности в радиальном направлении, от опорного кольца могут передаваться на несущий каркас.

Осевые нагрузки, которые действуют на опорное кольцо, предпочтительно, по меньшей мере частично, передаются на несущий каркас. Однако может быть целесообразным, чтобы по меньшей мере часть осевых опорных нагрузок воспринималась через покрывающую торцевую сторону блока фильтрующей среды торцевую шайбу, на наружной стороне которой может быть размещено опорное кольцо.

Согласно дополнительному целесообразному варианту исполнения, уплотнительная кольцевая губка сформирована цельно с торцевой шайбой. Торцевая шайба и уплотнительная кольцевая губка предпочтительно состоят из вспененного уплотняющего материала, и изготовлены в общей технологической операции. Торцевая шайба герметично соединяется с блоком фильтрующей среды и покрывает его по меньшей мере с торцевой стороны.

Может быть целесообразным создание в опорном кольце проточных отверстий для герметизирующего материала уплотнительной кольцевой губки. Через проточные отверстия герметизирующий материал, например, может протекать к формообразующему инструменту для уплотнительной кольцевой губки так, что обеспечивается возможность распространения герметизирующего материала в желательном направлении. Кроме того, предпочтительно, чтобы герметизирующий материал оставался в проточных отверстиях, что после отверждения гарантирует прочное соединение между герметизирующим материалом и опорным кольцом.

Кроме того, может быть целесообразным, что опорное кольцо покрыто герметизирующим материалом уплотнительной кольцевой губки. Тем самым, во-первых, создается соединение между уплотнительной кольцевой губкой и опорным кольцом. С другой стороны, опорное кольцо имеет поверхность с повышенным трением, благодаря чему обеспечивается улучшенная безлюфтовая посадка в корпусе фильтра. Опорное кольцо тем самым оказывается погруженным в герметизирующий материал уплотнительной кольцевой губки. В частности, для предпочтительного случая, что уплотнительная кромка и торцевая шайба выполнены в виде цельной детали, опорное кольцо тем самым также становится заделанным в материал.

Согласно дополнительному целесообразному варианту исполнения, опорное кольцо имеет L-образное поперечное сечение с аксиальной и радиальной опорными полками. Аксиальная опорная полка выступает аксиально поверх наружной стороны торцевой шайбы, радиальная опорная полка проходит параллельно наружной стороне торцевой шайбы и при необходимости может прилегать непосредственно к торцевой шайбе. Посредством радиальной опорной полки может создаваться соединение с несущим каркасом на внутренней стороне блока фильтрующей среды.

Согласно еще одному дополнительному целесообразному варианту исполнения, уплотнительная кольцевая губка размещается на радиальной опорной полке. Уплотнительная кольцевая губка согласно предпочтительному варианту исполнения находится радиально на внутренней стороне, и опорное кольцо находится радиально на наружной стороне торцевой поверхности блока фильтрующей среды и, соответственно, торцевой шайбы.

При L-образном поперечном сечении опорного кольца может быть целесообразным создание как в аксиальной, так и в радиальной опорной полке опорного кольца в каждом случае проточных отверстий для герметизирующего материала уплотнительной кольцевой губки.

Согласно еще одному дополнительному целесообразному варианту исполнения, опорное кольцо на своей торцевой стороне имеет радиально выгнутый концевой участок. Концевой участок при опорном кольце с L-образным поперечным сечением находится на торцевой стороне аксиальной опорной полки, и относительно основной части аксиальной опорной полки является смещенным радиально, например, радиально наружу. В результате этого в аксиальной опорной полке рядом с ее торцовой стороной возникает ступенька, благодаря чему при покрытии опорного кольца герметизирующим материалом достигается улучшенное соединение.

Фильтрующее устройство имеет корпус фильтра для размещения фильтрующего элемента, который обычно состоит из соединительной детали для фильтрующего элемента, основного корпуса фильтра и насаженной крышки корпуса. Основной корпус фильтра и крышка корпуса в каждом случае образуют корпусную деталь, или же выполнены интегрально. Корпусная деталь, в частности, выпускной патрубок, с которым может быть соединен основной корпус фильтра, в собранном состоянии перекрывает как опорное кольцо, так и уплотнительную кольцевую губку, которые размещены радиально смещенными друг к другу на торцевой шайбе. Соответственно этому, уплотнительная кольцевая губка прилегает к одной радиальной стороне, и опорное кольцо к противолежащей радиальной стороне корпусной детали, и, соответственно, поддерживаются корпусной деталью.

Перекрывающая корпусная деталь, в частности, выпускной патрубок для чистой текучей среды, предпочтительно имеет приемный паз для опорного кольца и уплотнительной кольцевой губки. При этом размещенная радиально внутри стенка приемного паза предпочтительно проходит наклонно к центральной оси фильтрующего элемента так, что приемный паз расширяется в сторону фильтрующего элемента. Благодаря этому уплотнительная кольцевая губка простым путем может быть позиционирована относительно приемного паза. При дальнейшем введении фильтрующего элемента уплотнительная кольцевая губка выдавливается радиально наружу так, что уплотнительная кольцевая губка в собранном состоянии герметично прилегает к радиально внутренней стенке приемного паза.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту исполнения, в зазор, который образуется между опорным кольцом и уплотнительной кольцевой губкой, вводится в сопряжение элемент с ответным контуром, который образован на перекрывающей корпусной детали корпуса фильтра. Элемент с ответным контуром может быть выполнен проходящим в окружном направлении непрерывно или с промежутками. Введенный в зазор элемент с ответным контуром создает радиальную опору как для уплотнительной кольцевой губки, так и для опорного кольца. Элемент с ответным контуром предпочтительно выполнен цельно с корпусной деталью.

Краткое описание чертежей

Дополнительные преимущества и предпочтительные варианты исполнения могут быть выведены из дополнительных пунктов формулы изобретения, описания фигур и чертежей. Как показано:

Фиг. 1 представляет фильтрующий элемент, который может быть использован в воздушном фильтре для двигателя внутреннего сгорания, в перспективном виде и в разрезе,

Фиг. 2 представляет фильтрующий элемент согласно Фиг. 1, с перекрывающей корпусной деталью,

Фиг. 3 представляет увеличенный вид торцевой области фильтрующего элемента с перекрывающей корпусной деталью в одном варианте исполнения.

Фиг. 4 представляет торцевую область фильтрующего элемента в дополнительном варианте исполнения.

На фигурах одинаковые детали снабжены одинаковыми кодовыми номерами позиций.

Осуществление изобретения

Фильтрующий элемент 1 выполнен в виде пустотелого элемента с овальным или эллиптическим поперечным сечением, и, относительно своей продольной оси 5, пропускает поток очищаемой текучей среды в радиальном направлении снаружи внутрь. Например, фильтрующий элемент 1 применяется для фильтрации газа, в частности, для воздушного фильтра двигателя внутреннего сгорания.

Фильтрующий элемент 1 имеет блок 2 фильтрующей среды, на котором происходит фильтрация, и который выполнен, например, в виде складчатого фильтра. На внутренней стороне, которая образует сторону выхода очищенного потока, на блоке 2 фильтрующей среды находится несущий каркас 3, который придает стабильность блоку 2 фильтрующей среды. На торцевой стороне блок 2 фильтрующей среды покрыт кольцеобразной торцевой шайбой 4, которая непроницаемо для потока закрывает торцевую сторону. Торцевая шайба 4 выполнена цельно с проходящей по периметру уплотнительной кольцевой губкой 6, которая аксиально возвышается над наружной стороной. Кроме того, в торцевую шайбу 4 заделано опорное кольцо 7, которое радиально размещается дальше наружу, и концентрически проходит относительно уплотнительной кольцевой губки 6. Опорное кольцо 7 уложено радиально на расстоянии от находящейся внутри уплотнительной кольцевой губки 6, между опорным кольцом 7 и уплотнительной кольцевой губкой 6 находится проходящий по периметру зазор 8. Опорное кольцо 7 также выдается аксиально над торцевой стороной блока 2 фильтрующей среды.

Опорное кольцо 7 имеет L-образное поперечное сечение и состоит из радиальной опорной полки 9 и аксиальной опорной полки 10. Радиальная опорная полка 9 непосредственно уложена поверх торцевой шайбы 4 или непосредственно на блок 2 фильтрующей среды, и является протяженной радиально наружу до опорной полки 10, с которым соединена торцевая сторона радиальной опорной полки 9. Несущий каркас 3 и опорное кольцо 7 предпочтительно образуют цельную конструкционную деталь из синтетического материала, которая может быть изготовлена способом литья под давлением.

Радиальная опорная полка 9 представляет собой опору для уплотнительной кольцевой губки 6. Торцевая шайба 4 и уплотнительная кольцевая губка 6 предпочтительно состоят из одинакового уплотнительного материала, и могут быть выполнены в виде цельной детали. Для этого в радиальной и/или аксиальной опорной полке 9, 10 проделаны проточные отверстия 11 (Фиг. 4), через которые во время изготовления торцевой шайбы 4 и уплотнительной кольцевой губки 6 может проходить жидкий герметизирующий материал или, соответственно, вспененный герметизирующий материал. После отверждения герметизирующий материал находится также в проточных отверстиях 11, благодаря чему создается прочное соединение между герметизирующим материалом и опорным кольцом 7. Кроме того, опорное кольцо 7 покрыто герметизирующим материалом на своих боковых поверхностях и на торцевой кромке.

На Фиг. 2 представлен фильтрующий элемент 1 со схематически изображенной корпусной деталью 12 корпуса фильтра. Фильтрующий элемент 1 вставлен в корпусную деталь 12, причем торцевая сторона фильтрующего элемента 1 охватывается корпусной деталью 12. Корпусная деталь 12 в торцевой области имеет перекрывающий лоток 13 или, соответственно, приемный паз, в который входит уплотнительная кольцевая губка 6 и опорное кольцо 7. К находящейся радиально внутри стенке лотка 13 прилегает наружная сторона уплотнительной кольцевой губки 6, к находящейся радиально снаружи стенке лотка прилегает наружная сторона опорного кольца 7. Опорное кольцо 7 воспринимает радиальные нагрузки, которые испытывает лоток 13 корпусной детали 12, и передает их на несущий каркас 3. Уплотнительная кольцевая губка 6 подвергается только незначительным радиальным нагрузкам и плоско прилегает к внутренней стороне стенки лотка, благодаря чему достигается непроницаемое для потока соединение.

На Фиг. 3 представлен вариант исполнения, в котором в зазор 8 между уплотнительной кольцевой губкой 6 и опорным кольцом 7 выступает элемент 14 с ответным контуром корпусной детали 12. Элемент 14 с ответным контуром находится на лотке 13 корпусной детали 12 и в собранном состоянии выдается по осевому направлению. Элемент 14 с ответным контуром, по меньшей мере частично, заполняет зазор 8 между уплотнительной кольцевой губкой 6 и опорным кольцом 7, при необходимости полностью, и выполнен цельно с корпусной деталью 12. Элемент 14 с ответным контуром стабилизирует как уплотнительную кольцевую губку 6, так и опорное кольцо 7 в радиальном направлении.

На Фиг. 4 представлен вариант исполнения, в котором торцевой конец аксиальной опорной полки 10 опорного кольца 7 имеет выгнутый радиально наружу концевой участок 15. В результате этого аксиальная опорная полка 10 имеет ступеньку, которая улучшает сцепление с покрытием 16 из герметизирующего материала.

На Фиг. 4 также представлены проточные отверстия 11, которые врезаны как в радиальную опорную полку 9, так и в аксиальную опорную полку 10 опорного кольца 7, и через которые может проходить при изготовлении жидкий герметизирующий материал, например, такой как вспененный герметизирующий материал, который образует уплотнительную кольцевую губку 6.

Изобретение предназначено для фильтрации газа, например, для воздушного фильтра. Фильтрующий элемент содержит охватывающий находящуюся внутри проточную камеру блок (2) фильтрующей среды, на внутренней стороне которого размещен несущий каркас (3) по меньшей мере с одной аксиально выступающей над торцевой стороной блока фильтрующей среды и проходящей по периметру уплотнительной кольцевой губкой (6) для уплотнения относительно корпусной детали содержащего их корпуса фильтра. На радиальном расстоянии от уплотнительной кольцевой губки (6) на торцевой стороне блока (2) фильтрующей среды размещено опорное кольцо (7), которое в радиальном направлении опирается на несущий каркас (3). Опорное кольцо (7) выполнено цельно с несущим каркасом (3). Технический результат - сокращение деформации уплотнителя, улучшение герметичности. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Фильтрующий элемент, в частности, для фильтрации газа, например, для воздушного фильтра с охватывающим находящуюся внутри проточную камеру блоком (2) фильтрующей среды, на внутренней стороне которого размещен несущий каркас (3) по меньшей мере с одной аксиально выступающей над торцевой стороной блока (2) фильтрующей среды проходящей по периметру уплотнительной кольцевой губкой (6) для уплотнения относительно корпусной детали (12) содержащего их корпуса фильтра, отличающийся тем, что на радиальном расстоянии от уплотнительной кольцевой губки (6) на торцевой стороне блока (2) фильтрующей среды размещено опорное кольцо (7) и опорное кольцо (7) в радиальном направлении опирается на несущий каркас (3), причем опорное кольцо (7) выполнено цельно с несущим каркасом (3).

2. Фильтрующий элемент по п. 1, отличающийся тем, что уплотнительная кольцевая губка (6) выполнена цельно с перекрывающей торцевую сторону блока (2) фильтрующей среды торцевой шайбой (4).

3. Фильтрующий элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что опорное кольцо (7) имеет L-образное поперечное сечение с аксиальной и радиальной опорными полками (9, 10).

4. Фильтрующий элемент по п. 3, отличающийся тем, что уплотнительная кольцевая губка (6) размещена на радиальной опорной полке (9).

5. Фильтрующий элемент по п. 3 или 4, отличающийся тем, что радиальная опорная полка (9) проходит в направлении несущего каркаса (3) и соединена с ним.

6. Фильтрующий элемент по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что в опорном кольце (7) выполнены проточные отверстия (11) для герметизирующего материала уплотнительной кольцевой губки (6).

7. Фильтрующий элемент по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что опорное кольцо (7) покрыто герметизирующим материалом уплотнительной кольцевой губки (6).

8. Фильтрующий элемент по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что уплотнительная кольцевая губка (6) размещена радиально внутрь и опорное кольцо (7) размещено радиально наружу на торцевой стороне блока (2) фильтрующей среды.

9. Фильтрующий элемент по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что опорное кольцо (7) имеет находящийся на торцевой стороне радиально выгнутый концевой участок (15).

10. Фильтрующее устройство с фильтрующим элементом (1) по одному из пп. 1-9 и с корпусом фильтра для размещения фильтрующего элемента (1).

11. Фильтрующее устройство по п. 10, отличающееся тем, что опорное кольцо (7) и уплотнительная кольцевая губка (6) прилегают к радиально противоположным сторонам на перекрывающей корпусной детали (12) или соответственно опираются на них.

12. Фильтрующее устройство по п. 10 или 11, отличающееся тем, что перекрывающая корпусная деталь (12) имеет приемный паз для опорного кольца (7) и уплотнительной кольцевой губки (6), причем находящаяся радиально внутри стенка приемного паза проходит наклонно к центральной оси элемента так, что приемный паз расширяется по направлению фильтрующего элемента радиально внутрь.

13. Фильтрующее устройство по одному из пп. 10-12, отличающееся тем, что на перекрывающей корпусной детали (12) размещен элемент (14) с ответным контуром, который выступает в зазор (8) между опорным кольцом (7) и уплотнительной кольцевой губкой (6).